CN112134815A - 一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法，本设计适用于无小区毫米波波束空间***的下行信道状态估计。设计了一种特殊的导频序列码本，并基于该码本，提出了直接估计下行信道状态信息的方案，能够减少码本存储量和信道估计的整体时间。***中每个无线接入点需要配备能够发射毫米波波束的天线或天线阵列，并且需要知道毫米波波束辐射的信息。所有无线接入点的地理位置存储在中心处理器。此外，还需要工作在厘米波频段的单/多个基站。所有无线接入点和基站通过光纤连接至中心处理器。用户具有两根天线，分别工作在厘米波频段和毫米波频段。

Description

一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体讲是一种新的下行信道状态估计方案，适用于无 小区毫米波波束空间***；该方案可以更方便的估计无小区毫米波波束空间系 统的下行信道状态信息，减少码本存储量和信道估计的整体时间。
背景技术
无小区毫米波波束空间***是一种新兴的毫米波通信***，其取消了传统 蜂窝小区的划分，利用空间的宏分集增益和阵列增益，保证毫米波信号的有效 传输。在无小区毫米波波束空间***中，大量随机分布的无线接入点通过光纤 连接至中心处理器。并且，各无线接入点通过阵列发射毫米波波束，为用户提 供超高速率的数据服务。
但是，在无小区毫米波波束空间***中，无线接入点的数目可达几十甚至 上百，为直接估计下行信道状态信息带来了困难。传统的方案是利用上下行互 惠性，通过导频序列估计上行信道状态信息，来获得下行信道状态信息。但是， 对于用户配有单根毫米波天线的场景，该方案并不适用。
与传统做法不同，本发明借助空间资源和码资源，设计特殊的导频序列码 本，直接估计无小区毫米波波束空间***下行信道状态信息，并可减少信道估 计的整体时间。
发明内容
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种无小区毫米波波束空间系 统下行信道状态估计方法；适用于无小区毫米波波束空间***；该方案可以更 方便的估计无小区毫米波波束空间***的下行信道状态信息，减少码本存储量 和信道估计的整体时间。
本发明是这样实现的，构造一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态 估计方法，其特征在于；
该方法的具体步骤如下：
步骤一、无线接入点分簇；
步骤二、设计特殊的导频序列码本；
步骤三、分发导频序列码本；
步骤四、发射导频序列；
步骤五、估计下行信道状态信息。
根据本发明所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法， 其特征在于；步骤一的实施过程为；
首先，需要构建无线接入点俯视图，以中心处理器的地理位置为零点，建 立笛卡尔坐标系，根据中心处理器的相对地理位置，将所有无线接入点放入坐 标系中，得到无线接入点俯视图；
然后，根据毫米波波束的辐射信息对无线接入点分簇；假设所有无线接入 点都能朝M个方向形成相同波束；测量波束旁瓣功率大于一定数值的最大距离， 记为d。在无线接入点俯视图中，过每个无线接入点，朝(360°/M)*(m-1)(1≤m≤M) 方向画直线，并做与该直线垂直距离为d的两条平行线；平行线内的范围记为 该无线接入点的干扰区域；将干扰区域相交的无线接入点分为一个簇，即无线 接入点簇；这些簇共同构成一个无线接入点簇集合，记为∧m，集合的基数记为 Nm；将∧m中包含无线接入点数量最多的簇记为最大簇，最大簇中无线接入点的 数量记为Lm。
根据本发明所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法，其 特征在于；步骤二的实施过程为；考虑(360°/M)*(m-1)方向，选取正交码组(如 Walsh函数正交码组等)作为该方向的基本正交码组，要求其包含的正交码数量 不少于Lm。根据∧m中不同无线接入点簇包含无线接入点的数量，选择基本正交 码组中排在前面的正交码，组成对应无线接入点簇的新正交码组；将这些正交 码组按照波束方向和无线接入点簇进行分类排列，即可得到导频序列码本；由 于在设计导频序列码本时，涉及到了波束、无线接入点簇以及正交码，因此， 该码本命名为基于波束-无线接入点簇-正交码的导频序列码本；利用该码本估 计(360°/M)*(m-1)方向的下行信道状态信息，所需正交码数量正比于Lm；通常 Lm较小，可以减少需要存储的正交码数量；此外，还可以减小发射正交码所占用 的时间，从而减小了信道估计的整体时间。
根据本发明所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法， 其特征在于；步骤三的实施过程为；工作在厘米波频段的基站采用时分复用工 作模式，中心处理器通过其将所设计的导频序列码本发送给需要服务的所有用 户；用户接到导频序列码本后，将会用厘米波信号给中心处理器一个反馈信息， 并切换至毫米波频段。
根据本发明所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法， 其特征在于；步骤四的实施过程为；中心处理器接到反馈信息后，按照基于波 束-无线接入点簇-正交码的导频序列码本，将乘以无线接入点簇序号的导频序 列分发给所有无线接入点，并让无线接入点将其用毫米波波束发送给用户。
根据本发明所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法， 其特征在于；步骤五的实施过程为；用户接收到毫米波波束后，采用传统的基 于导频的信道状态估计方法(如MMSE信道估计等)，估计出下行信道状态信息； 用户估计出所有的信道状态信息后，将其用厘米波信号反馈给中心处理器。至 此，完成了下行信道状态信息的估计。
本发明具有如下优点：本设计适用于无小区毫米波波束空间***的下行信 道状态估计。设计了一种特殊的导频序列码本，并基于该码本，提出了直接估 计下行信道状态信息的方案，能够减少码本存储量和信道估计的整体时间。系 统中每个无线接入点需要配备能够发射毫米波波束的天线或天线阵列，并且需 要知道毫米波波束辐射的信息。所有无线接入点的地理位置存储在中心处理器。 此外，还需要工作在厘米波频段的单/多个基站。所有无线接入点和基站通过光 纤连接至中心处理器。用户具有两根天线，分别工作在厘米波频段和毫米波频 段。
附图说明
图1无小区毫米波波束空间***示意图
图2对应无线接入点俯视图的示意；
图3基于波束-无线接入点簇-正交码的导频序列码本示意图；
图4本发明流程图。
具体实施方式
下面将结合附图1-图4对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术 方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施 例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过改进在此提供一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估 计方法。本发明直接估计无小区毫米波波束空间***的下行信道状态信息。综 合考虑无线接入点的空间分布，毫米波波束的辐射特点，以及正交码的特性， 设计得到了一种特殊的导频序列码本，可以减少码本存储量和信道估计的整体 时间。基于所设计的导频序列码本，提出了直接估计下行信道状态信息的估计 方案。实施过程如下；
如图1所示，无小区毫米波波束空间***中有一个中心处理器，一个基站， 五个无线接入点(分别是无线接入点1#，2#，3#，4#和5#)和两个待服务用户 (分别是用户1#和2#)。对应的无线接入点俯视图如图2所示。假设波束方向 数M＝2。
在图1的基础上，结合图3和流程图4，具体实施方式的所有步骤如下所示：
步骤一、以中心处理器的地理位置为零点，建立笛卡尔坐标系，根据与中心 处理器的相对地理位置，将所有无线接入点放入坐标系中，得到无线接入点俯 视图，如图2所示。假设所有无线接入点都能朝2个方向(0o和180o)形成相 同波束。根据对称性易知，无线接入点簇集合Λ1＝Λ2，集合的基数N1＝N2＝2，最 大簇中无线接入点的数量为L1＝L2＝3；
步骤二、对于两个方向中的任意一个，选取4阶Walsh函数正交码组(记为{wi， 1≤i≤4})作为基本正交码组。由于Λ1(Λ2)中包含2个无线接入点簇，其中一个 无线接入点簇有2个无线接入点，另一个无线接入点簇有3个无线接入点。因 此，新正交码组分别是
Figure RE-GDA0002766272200000041
和
Figure RE-GDA0002766272200000042
基于 波束-无线接入点簇-正交码的导频序列码本用矩阵的形式可以表示为：
Figure RE-GDA0002766272200000043
步骤三、工作在厘米波频段的基站采用时分复用工作模式，中心处理器通过 其将所设计的导频序列码本W发送给需要服务的2个用户。2个用户接到导频序 列码本W后，将会用厘米波信号反馈给中心处理器，并切换至毫米波频段；
步骤四、中心处理器接到反馈信息后，按照基于波束-无线接入点簇-正交码 的导频序列码本W，将乘以无线接入点簇序号的导频序列分发给所有无线接入 点，让无线接入点将其用毫米波波束发送给用户。如：无线接入点1#朝0°(180°) 方向发射毫米波波束时，发送的信息是1*w1，无线接入点3#朝0°(180°)方向发 射毫米波波束时，发送的信息是2*w1，无线接入点5#朝0°(180°)方向发射毫米 波波束时，发送的信息是2*w3；
步骤五、2个用户接收到毫米波波束后，采用MMSE信道估计方法估计出下行 信道状态信息。2个用户估计出所有的信道状态信息后，将其用厘米波信号反馈 给中心处理器。至此，完成了下行信道状态信息的估计。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本 发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它 实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要 符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法，其特征在于；该方法的具体步骤如下：
步骤一、无线接入点分簇；
步骤二、设计特殊的导频序列码本；
步骤三、分发导频序列码本；
步骤四、发射导频序列；
步骤五、估计下行信道状态信息。
2.根据权利要求1所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法，其特征在于；步骤一的实施过程为；
首先，需要构建无线接入点俯视图，以中心处理器的地理位置为零点，建立笛卡尔坐标系，根据中心处理器的相对地理位置，将所有无线接入点放入坐标系中，得到无线接入点俯视图；
然后，根据毫米波波束的辐射信息对无线接入点分簇；假设所有无线接入点都能朝M个方向形成相同波束；测量波束旁瓣功率大于一定数值的最大距离，记为d。在无线接入点俯视图中，过每个无线接入点，朝(360°/M)*(m-1)(1≤m≤M)方向画直线，并做与该直线垂直距离为d的两条平行线；平行线内的范围记为该无线接入点的干扰区域；将干扰区域相交的无线接入点分为一个簇，即无线接入点簇；这些簇共同构成一个无线接入点簇集合，记为Λm，集合的基数记为Nm；将Λm中包含无线接入点数量最多的簇记为最大簇，最大簇中无线接入点的数量记为Lm。
3.根据权利要求1所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法，其特征在于；步骤二的实施过程为；考虑(360°/M)*(m-1)方向，选取正交码组(如Walsh函数正交码组等)作为该方向的基本正交码组，要求其包含的正交码数量不少于Lm；根据Λm中不同无线接入点簇包含无线接入点的数量，选择基本正交码组中排在前面的正交码，组成对应无线接入点簇的新正交码组；将这些正交码组按照波束方向和无线接入点簇进行分类排列，即可得到导频序列码本；由于在设计导频序列码本时，涉及到了波束、无线接入点簇以及正交码，因此，该码本命名为基于波束-无线接入点簇-正交码的导频序列码本；利用该码本估计(360°/M)*(m-1)方向的下行信道状态信息，所需正交码数量正比于Lm；通常Lm较小，可以减少需要存储的正交码数量；此外，还可以减小发射正交码所占用的时间，从而减小了信道估计的整体时间。
4.根据权利要求1所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法，其特征在于；步骤三的实施过程为；工作在厘米波频段的基站采用时分复用工作模式，中心处理器通过其将所设计的导频序列码本发送给需要服务的所有用户；用户接到导频序列码本后，将会用厘米波信号给中心处理器一个反馈信息，并切换至毫米波频段。
5.根据权利要求1所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法，其特征在于；步骤四的实施过程为；中心处理器接到反馈信息后，按照基于波束-无线接入点簇-正交码的导频序列码本，将乘以无线接入点簇序号的导频序列分发给所有无线接入点，并让无线接入点将其用毫米波波束发送给用户。
6.根据权利要求1所述一种无小区毫米波波束空间***下行信道状态估计方法，其特征在于；步骤五的实施过程为；用户接收到毫米波波束后，采用传统的基于导频的信道状态估计方法(如MMSE信道估计等)，估计出下行信道状态信息；用户估计出所有的信道状态信息后，将其用厘米波信号反馈给中心处理器；至此，完成了下行信道状态信息的估计。
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